五曲灣水庫壩址工程地質條件及評價

王新強

（平遙縣惠柳嬰水管處，山西 平遙 031100）

1 水庫工程概況

五曲灣水庫地處平遙縣東泉鎮水磨頭村西南1km，位于黃河流域汾河水系一級支流惠濟河西支中游，是一座以防洪、灌溉為主的小（一）型水庫。水庫控制流域面積92km2，主河道長16.2km，寬5.68km，河道縱坡36‰。

五曲灣水庫始建于1972年9月，1974年10月停建，原設計總庫容188萬m3，其中死庫容5.59萬m3，興利庫容48萬m3，防洪庫容134.41萬m3，設計防洪標準為20年一遇。樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪輸水洞三部分組成。大壩為均質碾壓土壩，最大壩高30m，壩頂長316m，壩頂寬6m。溢洪道位于大壩右端，全長150m，由進口段、一級跌水、平流段、二級跌水組成。泄洪輸水洞建于大壩左側，原設計為漿砌石半圓拱形涵洞，后在涵洞中套入直徑1m的圓形鋼管。

2 壩址工程地質條件及評價

2.1 壩址區工程地質條件

2.1.1 地形地貌條件

水庫大壩壩軸線方向S70°W，壩址區河流呈“S”型，流向約為N75°E左右，河川寬150～230m。河谷為“U”型谷，谷底為卵石混合土，局部基巖裸露，河谷兩岸為基巖，基巖表面強風化，谷頂高程1182～1127m，相對高差132～172m，屬侵蝕—剝蝕中山區。

2.1.2 地層巖性條件

壩址區出露和揭露的地層為三疊系下統和尚溝組與第四系全新統。和尚溝組上部為淺灰黃色中厚層長石砂巖，中部為泥巖，下部為灰黃、灰紫色中細粒長石砂巖夾泥巖，厚約85m。第四系全新統洪沖積物主要為卵石混合土、級配不良礫，多分布于河床及Ⅰ級階地之上，厚約0～6m。

2.1.3 地質構造條件

壩址區基巖呈緩傾的單斜構造，巖層產狀為N50°W/NE∠5°，巖層傾向右岸偏上游。

2.1.4 水文地質條件

壩址區地下水類型主要有松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水兩種類型。碎屑巖類裂隙水含水層為三疊系下統和尚溝組中的長石砂巖。泥巖、泥質砂巖起到一定的隔水作用，其地下水具有隨機、無規律性。地下水位不統一，由兩岸向河床逐漸降低；基巖類裂隙水主要接受大氣降水和庫水滲漏補給，河床下接受河水及孔隙水補給。松散巖類孔隙水主要分布在壩下河川卵石混合土中，卵石混合土級配差，孔隙大，滲透系數較大，層厚小于6m，分布寬度小于250m。根據ZKb1號孔注水試驗，滲透系數為19.6m/d，其準確性比抽水試驗差。

2.1.5 物理地質現象

壩址區主要為基巖岸坡崩塌、蠕滑、巖體風化。崩塌主要在大壩右岸溢洪道出口基巖陡岸段。由于巖體較硬、完整，構造不發育，故崩塌不強烈，規模較小，無大的不良物理地質現象。在大壩左岸基巖岸坡，由于在筑壩時進行過爆破，現岸坡基巖形成一順層臨空面，存在小規模的蠕動滑坡變形，由于規模較小，可忽略大壩及導流輸水涵洞的影響。巖體的強風化層厚度一般2～4m，強風化巖體主要分布在河谷兩岸，局部風化較嚴重，呈碎裂結構。

2.2 工程地質問題及評價

2.2.1 壩基地層及特性

河床高程1050m，河床中心覆蓋層主要為第四系洪沖積物，根據ZKb1揭露，層厚約6m，不均勻系數大于20，為極不均勻卵石混合土層，強滲透性，為壩基主要滲漏層。

兩岸及壩基基巖主要由三疊系下統和尚溝組灰紫色長石砂巖夾紫紅色泥巖構成。壩基基巖埋深6m，呈單斜構造，產狀為N50°W/NE∠3°，新鮮砂巖較硬，多呈中層構造，粉細結構，泥質膠結，抗風化能力較弱，泥巖巖性較軟，與水作用易軟化，抗風化能力極弱。強風化層厚2～4m，最厚可達10余米。

2.2.2 壩基滲漏分析與計算

壩基滲漏主要通過卵石混合土層滲漏。從水庫大壩質量安全鑒定收集的資料看，筑壩時壩基覆蓋層砂礫石未完全清理，會導致壩基滲漏。建庫時壩基未進行過任何防滲處理。目前從大壩下游坡腳處可以觀察到部分積水情況，說明壩基存在滲漏問題，尤其是在汛期庫水位較高時滲漏問題較為嚴重。壩基滲漏采用達西公式進行計算，計算公式為：

式中：Q滲——壩基滲漏量，m3/d；

K——卵石混合土滲透系數，取19.6m/d；

H——壩上下游水頭差，取21m；

2b——壩底寬度，取100m；

Tcp——滲透層平均厚度，取2.5m；

B——壩底長度，取110m。

計算得：Q滲=1104.3m3/d。

目前壩前淤積嚴重，多年平均淤積量1.27萬m3，計算所得壩基滲漏量40.3萬m3/a較實際滲漏量大。

壩基滲透穩定分析：根據壩址區卵石混合土層分析，不均勻系數為35～126，均大于臨界值20，故判別五曲灣水庫地基為極不均勻卵石混合土層，滲流破壞形式是管涌。

臨界水力坡降的確定：本工程壩基卵石混合土滲透系數為19.6m/d，對應臨界水力坡降為0.18。

允許水力坡降的確定：根據要求，采用上述方法確定的臨界水力坡降進行滲流穩定評價時，應考慮一定的安全系數，對于管涌破壞，其安全系數可取1～1.5。本次安全系數采用1.0，允許水力坡降為0.18。

實際水力坡降的確定：當庫水位穩定在正常水位時，壩后水位約為1054.5m，實際水力坡降等于壩上下游水頭差與壩底寬度之比，計算得0.21，大于允許水力坡降，故壩基存在滲流破壞，破壞形式是管涌。

2.3 壩肩工程地質條件及評價

2.3.1 左壩肩

左壩肩為基巖岸坡，由三疊系下統和尚溝組長石砂巖及泥巖組成，巖層產狀為N50°W/NE∠4°。左壩肩主要發育2組節理裂隙，裂隙寬度0.5～2cm，其產狀分別為第 1 組 S55°～70°W/SE∠78°～83°，第 2 組 S50°～65°E/SW∠75°～83°，其中第 2 組節理裂隙與壩軸線斜交。基巖強風化層厚度4.0m。由于岸坡基巖較厚，巖層傾角較緩，因此左壩肩基巖穩定性較好。壩肩下游導流輸水洞處有滲漏現象。根據ZKb2孔壓水試驗，其透水率為10.0Lu，為弱透水性，故暫不進行繞壩滲漏計算。

2.3.2 右壩肩

右壩肩為基巖岸坡，由三疊系下統和尚溝組長石砂巖及泥巖組成，巖層產狀為N47°W/NE∠3°。左壩肩主要發育3組節理裂隙，其產狀為第1組N70°～80°E/SE∠80°～83°，第 2 組 S58°～65°E/SW∠75°～83°，第3 組 N10°～18°W/NE∠83°，其中第 2 組節理裂隙與壩軸線斜交。基巖強風化層厚度4.0m。岸坡基巖較厚，巖層傾角較緩且向上游傾斜，因此右壩肩基巖穩定性較好。壩肩下游溢洪道處巖層層面在庫水位較高時有滲漏現象。根據ZKb2孔壓水試驗，其透水率為11.5Lu，為弱透水性，故暫不進行繞壩滲漏計算。

3 結論及建議

第一，由于壩基底部河床上原有砂礫石層未完全清理，同時壩基基巖未作任何防滲處理，壩基存在滲漏問題，且存在滲流破壞，破壞形式是管涌，建議對壩基進行防滲處理。

第二，左、右壩肩存在滲水現象，建議對左、右壩肩進行帷幕固結灌漿處理。